分布式能源技术与发展现状

分布式能源技术与发展现状

发表时间：2019-09-09T16:12:42.483Z 来源：《基层建设》2019年第17期作者：苑欢娜

[导读] 摘要：由于全球能源紧缺、环境问题日益严重，分布式能源已成为当下能源领域研究的重点方向。

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摘要：由于全球能源紧缺、环境问题日益严重，分布式能源已成为当下能源领域研究的重点方向。本文通过技术原理和发展现状对分布式能源的特点进行了综述。按照原动机不同，分布式能源可分为热电联产、可再生能源、储能和燃料电池。对不同分布式能源的差异性进行了总结。本文分析了影响分布式能源经济性的条件，其中初始投资、燃料成本以及年利用率是关系分布式能源系统经济性的主要因素。

关键词：分布式能源技术；发展现状；应用

1 分布式能源技术

分布式能源系统可以利用包括天然气、生物质、风能、太阳能、地热能等多种能源，还可以与余热、余压、余气等能源形式耦合互补。由于采用的能源形式不同，分布式能源系统形式多样，结构各不相同。根据原动机为分类标准，分布式能源系统主要包含以下几种技术：热电联产、可再生能源、储能以及燃料电池等。其中，使用天然气的热电联产技术发展迅速｡根据BPStatistical（2018）公布的数据，2016年我国的一次能源消耗量为3.047×109t石油当量，占当年经合组织国家一次能源消耗量的54.9%｡

1.1 热电联产

热电联产（combinedheatandpower，CHP）是利用热机或者电站从单一燃料或能量源在靠近用户侧同时生产电力和热能，以满足用户变化的热电需求｡在单独的电力生产中，通常有一定比例的热量作为废热被放弃，但是在热电联产系统中，低位热量可以被回收，达到能量最大化利用的目的｡如前文所述，我国先进燃煤发电厂的供电效率一般为40%，热电联产的综合能源利用效率在70%以上｡一般，热电联系统被分为蒸汽轮机､燃气轮机､往复式内燃机､斯特林机｡热电联产蒸汽轮机是一项成熟的能源利用技术，能够同时承担供热和发电两种任务，主要有凝汽式､背压式和抽汽背压式等几种型式｡将汽轮机改造设计成一次调节抽汽或二次调节抽汽式，从而实现能源梯级利用，做到“能质匹配”｡与其他几种热电联产方式相比较，蒸汽轮机具有较低的运行维护费用｡虽然蒸汽轮机的发电效率只有7%~30%，但是系统的综合效率较高，可达80%以上｡同时，蒸汽轮机具有较大的单机容量（0.05~500MW），因此蒸汽轮机被广泛应用于负荷调节波动不大的工业对象｡燃气轮机是一种高技术含量的发电设备，具有高效率､低能耗､无环境污染､启动快等优点｡由于天然气价格较低且储量较大，因此大容量的热电联产系统较多地应用燃气轮机｡燃气轮机的发电效率要高于蒸汽轮机的发电效率，同时燃气轮机的安装费用也低于蒸汽轮机｡另外，燃气轮机的排气温度较高，可作为二次能源进行利用，如作为溴化锂吸收式制冷剂的热源｡燃气轮机主要分为开式燃气轮机､闭式燃气轮机以及微型燃气轮机｡微型燃气轮机具有体积小､无污染､无噪声，便于携带和安装的特点，目前主要应用于汽车等设备｡

1.2 可再生能源

由于可再生能源清洁无污染､开发成本低､潜力巨大，全球正在积极开展可再生能源利用的相关研究｡常用的可再生能源主要有太阳能､风能､生物质能､地热能等｡太阳能供应不稳定，受天气､地理位置影响较大，地热能受到地域限制，因而可再生能源具有互补特性｡太阳能利用主要分为光伏和光热两个途径｡前者利用光伏效应，是光-电转换；后者采用大规模集热器吸收太阳能，然后利用吸收的热能将工质转变为蒸汽，由蒸汽驱动汽轮机带动发电机发电，是一种光-热-电转换｡根据IEA报告显示，预计在2050年前太阳能光伏（solarphotovoltaic，PV）系统可为全球贡献16%的电力，而太阳能热力发电（solarthermalelectricpowergeneration，STE）将提供11%的电力｡我国西部地广人稀，日照资源十分丰富，这一特征满足光热发电方式占地面积大的缺点，目前我国正在大力研究光热发电方式｡截至2018年底，我国有13个商业化光热电站已开建，总装机容量为750MW｡其中，中控德令哈50MW塔式光热电站､首航节能敦煌100MW塔式光热电站､中广核德令哈50MW槽式光热电站等约200MW的示范项目将在2018年内建成投运｡目前，太阳能利用形式中有热水型､蝶式与槽式发电方式都属于靠近用户侧的能源利用方法，属于分布式能源｡

1.3 储能

储能技术通过储存电能可以满足一段时间内电能或热能/冷能需求，具有削峰填谷､调频调压､平滑过渡､减轻电网波动的作用｡储能技术可以解决间歇性可再生能源受环境因素限制的缺陷，保证能源系统的供需平衡｡根据储能技术能量存储原理的不同，储能技术可以分为物理储能､电气储能和储热技术三种｡目前，较多的储能技术正处于技术研发和市场示范两个阶段｡据中关村储能产业技术联盟的不完全统计，截至2017年底，全球已投运储能项目的总装机容量达175.4GW｡其中，商业化最成熟的抽水蓄能的装机容量占比最大，为96%；电化学储能的装机容量为2.93GW，占比仅1.7%｡

1.4 燃料电池

燃料电池（fuelcell，FC）是一种不经过燃烧，通过电化学反应直接将氢气等燃料的化学能转化为电能的发电装置｡由于燃料电池不涉及燃烧，不受卡诺循环的限制，因此能量转化率高｡另外，燃料电池不使用机械传动部件，没有噪声污染；反应产物主要为电､热和水，排放的NOx和SOx等有害气体极少｡因此，燃料电池是一种高效､环境友好､可靠性高､安静的能源转换方式，是目前能源领域研究的热点之一｡到目前为止已研发出多种类型的燃料电池，其分类方法也很多｡根据电解质类型不同可分为碱性燃料电池（alkalinefuelcells，AFC）､磷酸燃料电池（phosphoricacidfuelcells，PAFCP）､质子交换膜燃料电池（polymerelectrolytefuelcells，PEMFC）､熔融碳酸盐燃料电池（moltencarbonatefuelcells，MCFC）和固体氧化物燃料电池（solidoxidefuelcells，SOFC）五大类｡其中AFC､PEMFC属于低温燃料电池，启动速度快｡MCFC和SOFC工作温度高，为余热利用提供了有利条件｡这两者单独的发电效率约为50%，通过余热利用可以将综合效率提高至60%｡部分容量为100~200kW的PAFC项目已处于示范测试阶段｡

2 分布式能源经济性的影响因素

对于分布式能源项目方案的选择，需要分析技术､环境等因素，但是首要考虑的是经济性｡用户使用分布式能源一定是追求能源和环境制约条件下利润的最大化｡如果分布式能源技术具有良好的经济性，那么用户会首先选择分布式能源的配置方案｡如果经济性较差，就需要政府的政策支持或由于电网可靠性不高的原因，用户才会选择成本费用较高的分布式能源｡一般而言，分布式能源的经济性主要受到以下因素的影响：（1）初始投资；（2）燃料成本和当地电价；（3）年平均能源综合利用率；（4）运营和维护成本；（5）上网电价；（6）是否配置储能设备；（7）考虑冗余设备｡初始投资对分布式能源项目经济性的影响最大｡我国目前尚未实现分布式能源成套设备的自主生产，